Stålsmältning: teknik, metoder, råvaror

2024 Författare: Howard Calhoun | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-02 14:03

Järnmalm erhålls på vanligt sätt: dagbrott eller underjordsbrytning och efterföljande transport för initial beredning, där materialet krossas, tvättas och bearbetas.

Malmen hälls i en masugn och blästras med varmluft och värme, vilket förvandlar den till smält järn. Det tas sedan bort från botten av ugnen i formar som kallas grisar, där det kyls för att producera tackjärn. Det förvandlas till smide eller bearbetas till stål på flera sätt.

Vad är stål?

I början fanns det järn. Det är en av de vanligaste metallerna i jordskorpan. Den finns nästan överallt, i kombination med många andra element, i form av malm. I Europa går järnarbeten tillbaka till 1700 f. Kr.

År 1786 fastställde de franska forskarna Berthollet, Monge och Vandermonde exakt att skillnaden mellan järn, gjutjärn och stål beror på olika kolinnehåll. Ändå blev stål, tillverkat av järn, snabbt den industriella revolutionens viktigaste metall. I början av 1900-talet var världens stålproduktion 28miljoner ton - det är sex gånger mer än 1880. I början av första världskriget var produktionen 85 miljoner ton. I flera decennier har den praktiskt taget ersatt järn.

Kolh alten påverkar metallens egenskaper. Det finns två huvudtyper av stål: legerat och olegerat. Stållegering hänvisar till andra kemiska element än kol som tillsätts järn. Således används en legering av 17 % krom och 8 % nickel för att skapa rostfritt stål.

För närvarande finns det mer än 3 000 katalogiserade varumärken (kemiska sammansättningar), inte medräknade de som skapats för att möta individuella behov. Alla bidrar till att göra stål till det mest lämpliga materialet för framtidens utmaningar.

Råvaror för ståltillverkning: primära och sekundära

Smältning av denna metall med många komponenter är den vanligaste gruvmetoden. Laddningsmaterial kan vara både primära och sekundära. Huvudsammansättningen av laddningen är som regel 55% tackjärn och 45% av det återstående metallskrotet. Ferrolegeringar, omvandlat gjutjärn och kommersiellt rena metaller används som huvudelementet i legeringen, i regel klassificeras alla typer av järnmetaller som sekundära.

Järnmalm är den viktigaste och grundläggande råvaran i järn- och stålindustrin. Det krävs cirka 1,5 ton av detta material för att producera ett ton tackjärn. Cirka 450 ton koks används för att producera ett ton tackjärn. Många järnbrukäven träkol används.

Vatten är en viktig råvara för järn- och stålindustrin. Det används främst för kokshärdning, masugnskylning, kolugnsdörrångproduktion, drift av hydraulisk utrustning och avloppsvatten. Det krävs cirka 4 ton luft för att producera ett ton stål. Flux används i masugnen för att utvinna föroreningar från smältverksmalm. Kalksten och dolomit kombineras med de extraherade föroreningarna för att bilda slagg.

Både masugnar och stålugnar fodrade med eldfasta material. De används för fasadugnar avsedda för järnmalmssmältning. Kiseldioxid eller sand används för formning. Icke-järnmetaller används för att tillverka stål av olika kvaliteter: aluminium, krom, kobolt, koppar, bly, mangan, molybden, nickel, tenn, volfram, zink, vanadin, etc. Bland alla dessa ferrolegeringar används mangan i stor utsträckning vid ståltillverkning.

Järnavfall från nedmonterade fabriksstrukturer, maskiner, gamla fordon etc. återvinns och används i stor utsträckning i branschen.

Järn för stål

Stålsmältning med gjutjärn är mycket vanligare än med andra material. Gjutjärn är en term som vanligtvis syftar på gråjärn, men det är också identifierat med en stor grupp ferrolegeringar. Kol utgör cirka 2,1 till 4 viktprocent medan kisel vanligtvis är 1 till 3 viktprocent i legeringen.

Järn- och stålsmältning sker vid en temperatursmältpunkt mellan 1150 och 1200 grader, vilket är cirka 300 grader lägre än smältpunkten för rent järn. Gjutjärn uppvisar också god flytbarhet, utmärkt bearbetningsförmåga, motståndskraft mot deformation, oxidation och gjutning.

Stål är också en legering av järn med varierande kolh alt. Kolh alten i stål är 0,2 till 2,1 mass-%, och det är det mest ekonomiska legeringsmaterialet för järn. Att smälta stål från gjutjärn är användbart för en mängd olika tekniska och strukturella ändamål.

Järnmalm för stål

Processen att tillverka stål börjar med bearbetning av järnmalm. Berget som innehåller järnmalm krossas. Malm bryts med hjälp av magnetiska rullar. Finkornig järnmalm bearbetas till grovkorniga klumpar för användning i en masugn. Kol raffineras i en koksugn för att producera en nästan ren form av kol. Blandningen av järnmalm och kol upphettas sedan för att producera smält järn, eller tackjärn, av vilket stål tillverkas.

I den huvudsakliga syrgasugnen är smält järnmalm den huvudsakliga råvaran och blandas med olika mängder stålskrot och legeringar för att producera olika stålkvaliteter. I en ljusbågsugn smälts återvunnet stålskrot direkt till nytt stål. Cirka 12 % av stålet är tillverkat av återvunnet material.

Smältteknik

Smältning är en process genom vilken en metall erhålls antingen i form av ett grundämne,antingen som en enkel förening från sin malm genom upphettning över dess smältpunkt, vanligtvis i närvaro av oxidationsmedel såsom luft eller reduktionsmedel såsom koks.

Inom ståltillverkningsteknik värms metallen som kombineras med syre, såsom järnoxid, till en hög temperatur, och oxiden bildas i kombination med kol i bränslet, som frigörs som kolmonoxid eller kol dioxid. Andra föroreningar, gemensamt kallade vener, avlägsnas genom att tillsätta en ström med vilken de kombineras för att bilda slagg.

Modern ståltillverkning använder en efterklangsugn. Den koncentrerade malmen och strömmen (vanligtvis kalksten) laddas på toppen, medan den smälta skärstenen (förening av koppar, järn, svavel och slagg) dras från botten. En andra värmebehandling i en omvandlarugn är nödvändig för att ta bort järn från den matta ytan.

Syrgaskonvektormetod

BOF-processen är världens ledande ståltillverkningsprocess. Världsproduktionen av konverterstål uppgick 2003 till 964,8 miljoner ton eller 63,3 % av den totala produktionen. Konverterproduktion är en källa till miljöföroreningar. De största problemen med detta är minskningen av utsläpp, utsläpp och minskning av avfall. Deras kärna ligger i användningen av sekundär energi och materiella resurser.

Exoterm värme genereras av oxidationsreaktioner under nedblåsning.

Den huvudsakliga processen för ståltillverkning med vår egenaktier:

• Smält järn (kallas ibland het metall) från en masugn hälls i en stor eldfast fodrad behållare som kallas en slev.
• Metalen i skänken skickas direkt till huvudsteget för stålproduktion eller förbehandling.
• Syre med hög renhet vid ett tryck på 700-1000 kilopascal injiceras med överljudshastighet på ytan av järnbadet genom en vattenkyld lans som är upphängd i ett kärl och hålls några fot ovanför badet.

Beslutet om förbehandling beror på kvaliteten på den varma metallen och den önskade slutliga stålkvaliteten. De allra första avtagbara bottenomvandlarna som kan tas loss och repareras är fortfarande i bruk. Spjuten som används för att blåsa har ändrats. För att förhindra att lansen fastnar under blåsningen användes slitsade kragar med en lång avsmalnande kopparspets. Spetsens spetsar, efter förbränning, bränner bort den CO som bildas när den blåses in i CO_{2 och ger ytterligare värme. Pilar, eldfasta bollar och slaggdetektorer används för att avlägsna slagg.}

Oxygen-konvektormetoden: fördelar och nackdelar

Kräver inte kostnaden för gasreningsutrustning, eftersom dammbildning, d.v.s. järnavdunstning, minskar med 3 gånger. På grund av minskningen av utbytet av järn observeras en ökning av utbytet av flytande stål med 1,5 - 2,5 %. Fördelen är att blåsintensiteten i denna metod ökar, vilket germöjligheten att öka omvandlarens prestanda med 18 %. Kvaliteten på stålet är högre eftersom temperaturen i reningszonen är lägre, vilket resulterar i mindre kvävebildning.

Bristerna med denna metod för stålsmältning ledde till en minskning av efterfrågan på förbrukning, eftersom nivån på syreförbrukningen ökar med 7 % på grund av den höga förbrukningen av bränsleförbränning. Det finns en ökad väteh alt i den återvunna metallen, varför det tar lite tid efter avslutad process att genomföra en rening med syre. Bland alla metoder har oxygen-converter den högsta slaggbildningen, anledningen är oförmågan att övervaka oxidationsprocessen inuti utrustningen.

Open-hearth method

Den öppna härdprocessen under större delen av 1900-talet var huvuddelen av bearbetningen av allt stål som tillverkats i världen. William Siemens, på 1860-talet, sökte ett sätt att höja temperaturen i en metallurgisk ugn, och återupplivade ett gamm alt förslag om att använda spillvärmen som genererades av ugnen. Han värmde tegelstenen till en hög temperatur och använde sedan samma väg för att föra in luft i ugnen. Den förvärmda luften ökade lågans temperatur avsevärt.

Naturgas eller finfördelade tungoljor används som bränsle; luft och bränsle värms upp före förbränning. Ugnen är laddad med flytande tackjärn och stålskrot tillsammans med järnmalm, kalksten, dolomit och flussmedel.

Själva kaminen är gjord avmycket eldfasta material som magnesithärdstenar. Ugnar med öppen härd väger upp till 600 ton och installeras vanligtvis i grupper, så att den massiva hjälputrustning som behövs för att ladda ugnar och bearbeta flytande stål effektivt kan användas.

Även om processen med öppen härd nästan helt har ersatts i de flesta industriländer av den grundläggande syrgasprocessen och ljusbågsugnen, tillverkar den ungefär 1/6 av allt stål som produceras över hela världen.

Fördelar och nackdelar med denna metod

Fördelarna är bland annat användarvänlighet och enkel tillverkning av legerat stål med olika tillsatser som ger materialet olika specialiserade egenskaper. Nödvändiga tillsatser och legeringar tillsätts omedelbart före slutet av smältningen.

Nackdelarna inkluderar minskad effektivitet jämfört med syrgasomvandlarmetoden. Dessutom är kvaliteten på stålet lägre jämfört med andra metallsmältningsmetoder.

Elektrisk ståltillverkningsmetod

Den moderna metoden att smälta stål med hjälp av våra egna reserver är en ugn som värmer ett laddat material med en ljusbåge. Industriella ljusbågsugnar varierar i storlek från små enheter med en kapacitet på cirka ett ton (används i gjuterier för tillverkning av järnprodukter) till 400 ton enheter som används inom sekundär metallurgi.

bågsugnar,som används i forskningslaboratorier kan ha en kapacitet på bara några tiotals gram. Industriella ljusbågsugnstemperaturer kan nå upp till 1800 °C (3, 272 °F), medan laboratorieinstallationer kan överstiga 3000 °C (5432 °F).

Ljusbågsugnar skiljer sig från induktionsugnar genom att laddningsmaterialet är direkt exponerat för en elektrisk ljusbåge, och strömmen i terminalerna går genom det laddade materialet. Den elektriska ljusbågsugnen används för stålproduktion, består av ett eldfast foder, vanligtvis vattenkyld, stor storlek, täckt med ett infällbart tak.

Ugnen är huvudsakligen indelad i tre sektioner:

• Snäcka som består av sidoväggar och nedre stålskål.
• Härden består av ett eldfast material som drar ut den nedre skålen.
• Det eldfasta fodrade eller vattenkylda taket kan göras som en kulsektion eller en stympad kon (konisk sektion).

Fördelar och nackdelar med metoden

Denna metod har en ledande position inom stålproduktion. Stålsmältningsmetoden används för att skapa högkvalitativ metall som antingen helt saknar eller innehåller en liten mängd oönskade föroreningar som svavel, fosfor och syre.

Den största fördelen med metoden är användningen av elektricitet för uppvärmning, så att du enkelt kan kontrollera smälttemperaturen och uppnå en otrolig uppvärmningshastighet av metallen. Automatiserat arbete kommer att bliett trevligt komplement till den utmärkta möjligheten till högkvalitativ bearbetning av olika metallskrot.

Nackdelar inkluderar hög strömförbrukning.